一种高强轻质多孔混凝土及其制备方法与流程

[0001]
本申请涉及混凝土的技术领域，更具体地说，它涉及一种高强轻质多孔混凝土及其制备方法。


背景技术：

[0002]
混凝土是由胶凝材料、粗细骨料以及水搅拌后生产制得，然后经一定的工序，如：浇筑、振捣成型、养护和修整等工序制作而成的建筑材料。混凝土材料由于具有较好的性能成为目前建筑工程中用量最大、使用范围最广的建筑工程材料之一。随着我国城市化的推进，超高、超深、超大规模建筑工程不断涌现，对混凝土的技术提出了更高要求。轻质混凝土又名泡沫混凝土，是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，轻质混凝土的特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。
[0003]
相关技术为申请公布号为cn105936597a的中国发明专利公开一种轻质混凝土，包括以下质量份数的材料：水：60-80，水泥：20-30，pc：40-50，鹅卵石：200-300，河沙：100-120，生石灰：10-15，发泡剂：1-2；外加剂：3-5。该轻质混凝土通过发泡剂的发泡作用，在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，从而达到轻质的效果。
[0004]
针对上述中的相关技术，发明人认为对于建筑工程来说，混凝土强度是混凝土质量的重要指标，尤其对于大规模建筑，混凝土强度更为重要，上述混凝土虽然具有轻质的效果，能够满足一般建筑物的使用，但是对于一些工程质量要求高的建筑来说，其混凝土强度低，无法满足工程需要。


技术实现要素：

[0005]
为了提高混凝土的强度，本申请提供一种高强轻质多孔混凝土及其制备方法。
[0006]
第一方面，本申请提供一种高强轻质多孔混凝土，采用如下的技术方案：一种高强轻质多孔混凝土，由包含以下重量份的原料制成：水泥350-400份、砂子700-800份、石子1100-1200份、矿物掺合料170-230份、水220-280份、重钙20-30份、秸秆纤维25-40份、高岭土15-30份、发泡剂5-10份、增粘剂12-18份、膨胀珍珠岩4-8份以及减水剂3-5份；所述矿物掺合料由以下重量份的原料制成：钢渣50-70份、粉煤灰30-50份以及矿渣90-110份。
[0007]
通过采用上述技术方案，水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在砂子、石子表面并填充它们之间的间隙，水泥浆在混凝土凝结硬化前起润滑作用，使得混凝土拌合物具有适于施工的工作性，硬化后水泥使得混凝土具有所需要的强度。砂子和石子比水泥便宜的多，作为廉价的填充材料，降低混凝土的成本，另外砂子和石子的加入能够提高混凝土的耐久性，减少水泥浆的发热、干缩等不良现象。由于采用在混凝土体系中加入矿物掺合料和秸秆纤维，在混凝土内部的碱性环境中，有活性的矿物掺合料能够与硅酸盐水泥水化反应产生的氢氧化钙发生反应，生成有利的c-s-h凝胶等水化产物，减少氢氧化钙的含量，使得水化产
物的颗粒变得细小，提高界面过渡区的密实程度，从而改善混凝土的微观结构。矿渣中含有大量的玻璃体，存在潜在的水硬性，掺入到混凝土中，玻璃体会与水泥浆体发生化学反应，使水泥浆体与骨料之间的界面结合更加牢固。矿渣和钢渣共同使用，钢渣的水化反应为矿渣的水化提供了反应相，又可以促进矿渣的水化，另外也降低了初始结构的孔隙率，从而提高混凝土的密实性。粉煤灰可以等量取代水泥，减少水泥用量，减少用水量，节约成本，抑制新拌合混凝土的泌水，改善混凝土的工作性，减少水化热，进而增加抗渗透能力。
[0008]
分布在水泥浆中的秸秆纤维有效的限制了水泥凝固初期产生的裂缝，混合料浆中均匀分布这些秸秆纤维，对多余水分的散发也是有利的，同时这些杂乱分布的秸秆纤维也能够有效克服混凝土因收缩、干缩、徐变等物理化学变化而产生的应力集中现象。混凝土受到载荷初期，混凝土是主要的受力者，承担了绝大部分的外载荷，当外载荷增加到一定程度，混凝土中的微裂缝会扩大，横跨裂缝的秸秆纤维承担宏观裂缝处的载荷，秸秆纤维的抗拉性和延展性均优于混凝土，可以缓解裂缝处的应力集中。
[0009]
膨胀珍珠岩具有良好的保温性能，超强的稳定性能，且在耐火保温节能方面发挥优异的性能；因为膨胀珍珠岩是无机产品，不会发生老化，因此其寿命长，与建筑物同寿命。
[0010]
优选的，所述钢渣、粉煤灰、矿渣的比例为3：2：5。
[0011]
通过采用上述技术方案，在该比例下，对混凝土的强度提高的更显著。
[0012]
优选的，所述增粘剂至少包括膨润土、聚丙烯酰胺、纤维素醚中的一种。
[0013]
通过采用上述技术方案，膨润土是一种层状硅酸盐，吸水后膨胀形成絮状物质，具有良好的悬浮性和分散性，与适量的水结合形成胶状体，在水中能释放出带点微粒，增大混凝土体系的粘度。聚丙烯酰胺加入到水溶液中，能够提高水溶液的粘性，因为聚丙烯酰能够吸附周围的水分子，这种对拌合水分子的吸附和固定促进了大分子的扩展，从而增加了拌合水的粘度和混凝土的粘度。纤维素醚使聚合物分子相互缠绕，减少了各组分颗粒自由活动的空间，提高了混凝土体系的粘度，从而使得混凝土表观浓度上升。
[0014]
优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐。
[0015]
通过采用上述技术方案，木质素磺酸盐是一种天然高分子聚合物，具有很强的分散能力，木质素磺酸盐加入到水溶液中，能够降低水的表面张力和界面张力。木质素磺酸盐存在憎水基团和亲水基团，憎水基团定向吸附于水泥颗粒的表面，亲水基团指向水溶液，组成了单分子或多分子的吸附膜，使水泥颗粒因表面相同电荷相互排斥而被分散，从颗粒间释放出多余的水分，以达到减水的目的。
[0016]
优选的，所述发泡剂由以下重量份的原料制成：松香树脂1-3份、碳酸氢钠1-2份以及烷基苯磺酸钠3-5份。
[0017]
通过采用上述技术方案，松香树脂发泡稳定，烷基苯磺酸钠发泡快且发泡量大，碳酸氢钠产生的二氧化碳具有稳定泡沫的作用，三者复配使用，能够保证发泡剂发泡能力稳定且泡沫不易消散。
[0018]
优选的，所述钢渣的粒径为10-30um。
[0019]
通过采用上述技术方案，钢渣的粒径小，钢渣加入到混凝土中，能够填充在水泥颗粒之间，使得体系配合更优良，增加混凝土的密实度，从而降低用水量。
[0020]
优选的，所述砂子的细度模数为2.8-3.2。
[0021]
通过采用上述技术方案，砂子的细度模数小于2.8，砂子过细，会影响混凝土凝结
后的强度，若要提高混凝土强度，需要向混凝土体系中继续增加水泥，相同的混凝土强度条件下，水泥用量增加，从而增大混凝土的成本；砂子的细度模数大于3.2，砂子为粗砂，会降低混凝土的密实性。
[0022]
优选的，所述石子的粒径为5-30mm。
[0023]
通过采用上述技术方案，石子粒径大于30mm，搅拌时碎石容易沉降在底部，不易在混凝土中搅拌均匀，导致混凝土质量不均，影响混凝土的性能；碎石粒径小于5mm，会降低混凝土的强度。
[0024]
第二方面，本申请提供一种高强轻质多孔混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高强轻质多孔混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：s1、制泡：将发泡剂加入到配方量一半的水中稀释成发泡液，通过空气压缩发泡机进行发泡，得到均质、稳定、细腻的泡沫；s2、制浆：将水泥、砂子、石子、矿物掺合料、水、重钙、秸秆纤维、高岭土、增粘剂、膨胀珍珠岩以及减水剂加入到搅拌罐中，搅拌均匀，得到浆液；s3、混合：将步骤s1制备的泡沫加入到步骤s2制备的浆液中，搅拌均匀，即得高强轻质多孔混凝土。
[0025]
通过采用上述技术方案，发泡机将发泡剂充分发泡，然后将泡沫与水泥浆均匀混合，制备出高强轻质多孔的混凝土，制备方法简单且制备的混凝土性能稳定。
[0026]
综上所述，本申请具有以下有益效果：1、由于本申请采用在混凝土体系中加入矿物掺合料，在混凝土内部的碱性环境中，有活性的矿物掺合料能够与硅酸盐水泥水化反应产生的氢氧化钙发生反应，生成有利的c-s-h凝胶等水化产物，减少氢氧化钙的含量，使得水化产物的颗粒变得细小，提高界面过渡区的密实程度，从而改善混凝土的微观结构。矿渣中含有大量的玻璃体，存在潜在的水硬性，掺入到混凝土中，玻璃体会与水泥浆体发生化学反应，使水泥浆体与骨料之间的界面结合更加牢固。矿渣和钢渣共同使用，钢渣的水化反应为矿渣的水化提供了反应相，又可以促进矿渣的水化，另外也降低了初始结构的孔隙率，从而提高混凝土的密实性，提高混凝土的强度。粉煤灰可以等量取代水泥，减少水泥用量，减少用水量，节约成本，抑制新拌合混凝土的泌水，改善混凝土的工作性，减少水化热，进而增加抗渗透能力。
[0027]
2、本申请中优选采用在混凝土体系中加入秸秆纤维，分布在水泥浆中的秸秆纤维有效的限制了水泥凝固初期产生的裂缝，混合料浆中均匀分布这些秸秆纤维，对多余水分的散发也是有利的，同时这些杂乱分布的秸秆纤维也能够有效克服混凝土因收缩、干缩、徐变等物理化学变化而产生的应力集中现象。混凝土受到载荷初期，混凝土是主要的受力者，承担了绝大部分的外载荷，当外载荷增加到一定程度，混凝土中的微裂缝会扩大，横跨裂缝的秸秆纤维承担宏观裂缝处的载荷，秸秆纤维的抗拉性和延展性均优于混凝土，可以缓解裂缝处的应力集中。
[0028]
3、本申请一种高强轻质多孔混凝土的制备方法，通过发泡机将发泡剂充分发泡，然后将泡沫与水泥浆均匀混合，制备出高强轻质多孔的混凝土，制备方法简单且制备的混凝土性能稳定。
具体实施方式
[0029]
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，本申请实施例和对比例中的水泥为强度42.5r的硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸类减水剂。实施例
[0030]
实施例1表1为实施例1一种高强轻质多孔混凝土的原料及质量表1为实施例1一种高强轻质多孔混凝土的原料及质量其中，砂子的细度模数为2.8，石子的粒径为5-10mm，钢渣的粒径为10-15um；一种高强轻质多孔混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：s1、制泡：将1kg松香树脂、1kg碳酸氢钠和3kg烷基苯磺酸钠加入到110kg水中稀释成发泡液，通过空气压缩发泡机进行发泡，得到均质、稳定、细腻的泡沫，泡沫密度为50kg/m3；s2、制浆：将350kg水泥、720kg砂子、1150kg石子、50kg钢渣、30kg粉煤灰、90kg矿渣、110kg水、20kg重钙、25kg秸秆纤维、20kg高岭土、12kg膨润土、4kg膨胀珍珠岩以及4kg减水剂加入到搅拌罐中，搅拌均匀，得到浆液；s3、混合：将步骤s1制备的泡沫加入到步骤s2制备的浆液中，搅拌20min，即得高强轻质多孔混凝土。
[0031]
实施例2表2为实施例2一种高强轻质多孔混凝土的原料及质量原料质量(kg)原料质量(kg)水泥400秸秆纤维30砂子750高岭土25石子1100松香树脂2钢渣60碳酸氢钠2粉煤灰50烷基苯磺酸钠4矿渣100聚丙烯酰胺12水280膨胀珍珠岩6重钙25减水剂3其中，砂子的细度模数为3.0，石子的粒径为10-20mm，钢渣的粒径为15-20um；一种高强轻质多孔混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：s1、制泡：将2kg松香树脂、2kg碳酸氢钠和4kg烷基苯磺酸钠加入到140kg水中稀释成发泡液，通过空气压缩发泡机进行发泡，得到均质、稳定、细腻的泡沫，泡沫密度为55kg/m3；
s2、制浆：将400kg水泥、750kg砂子、1100kg石子、60kg钢渣、50kg粉煤灰、100kg矿渣、140kg水、25kg重钙、30kg秸秆纤维、25kg高岭土、12kg聚丙烯酰胺、6kg膨胀珍珠岩以及3kg减水剂加入到搅拌罐中，搅拌均匀，得到浆液；s3、混合：将步骤s1制备的泡沫加入到步骤s2制备的浆液中，搅拌20min，即得高强轻质多孔混凝土。
[0032]
实施例3表3为实施例3一种高强轻质多孔混凝土的原料及质量原料质量(kg)原料质量(kg)水泥360高岭土15砂子800松香树脂3石子1200碳酸氢钠1.5钢渣70烷基苯磺酸钠5粉煤灰50膨润土6矿渣110聚丙烯酰胺5水250纤维素醚7重钙30膨胀珍珠岩8秸秆纤维35减水剂5其中，砂子的细度模数为3.2，石子的粒径为20-30mm，钢渣的粒径为20-25um；一种高强轻质多孔混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：s1、制泡：将3kg松香树脂、1.5kg碳酸氢钠和5kg烷基苯磺酸钠加入到125kg水中稀释成发泡液，通过空气压缩发泡机进行发泡，得到均质、稳定、细腻的泡沫，泡沫密度为50kg/m3；s2、制浆：将360kg水泥、800kg砂子、1200kg石子、70kg钢渣、50kg粉煤灰、110kg矿渣、125kg水、30kg重钙、35kg秸秆纤维、15kg高岭土、6kg膨润土、5kg聚丙烯酰胺、7kg纤维素醚、4kg膨胀珍珠岩以及4kg减水剂加入到搅拌罐中，搅拌均匀，得到浆液；s3、混合：将步骤s1制备的泡沫加入到步骤s2制备的浆液中，搅拌20min，即得高强轻质多孔混凝土。
[0033]
实施例4表4为实施例4一种高强轻质多孔混凝土的原料及质量原料质量(kg)原料质量(kg)水泥370高岭土30砂子700松香树脂2石子1120碳酸氢钠2钢渣55烷基苯磺酸钠5粉煤灰35膨润土5矿渣105聚丙烯酰胺8水240纤维素醚4重钙23膨胀珍珠岩5秸秆纤维40减水剂3其中，砂子的细度模数为3.0，石子的粒径为15-25mm，钢渣的粒径为25-30um；
一种高强轻质多孔混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：s1、制泡：将2kg松香树脂、2kg碳酸氢钠和5kg烷基苯磺酸钠加入到120kg水中稀释成发泡液，通过空气压缩发泡机进行发泡，得到均质、稳定、细腻的泡沫，泡沫密度为50kg/m3；s2、制浆：将370kg水泥、700kg砂子、1120kg石子、55kg钢渣、35kg粉煤灰、105kg矿渣、120kg水、23kg重钙、40kg秸秆纤维、30kg高岭土、5kg膨润土、8kg聚丙烯酰胺、4kg纤维素醚、5kg膨胀珍珠岩以及3kg减水剂加入到搅拌罐中，搅拌均匀，得到浆液；s3、混合：将步骤s1制备的泡沫加入到步骤s2制备的浆液中，搅拌20min，即得高强轻质多孔混凝土。
[0034]
实施例5表5为实施例5一种高强轻质多孔混凝土的原料及质量原料质量(kg)原料质量(kg)水泥390高岭土27砂子780松香树脂3石子1170碳酸氢钠1钢渣65烷基苯磺酸钠4粉煤灰45膨润土3矿渣95聚丙烯酰胺6水270纤维素醚4重钙28膨胀珍珠岩7秸秆纤维36减水剂5其中，砂子的细度模数为3.0，石子的粒径为15-20mm，钢渣的粒径为25-30um；一种高强轻质多孔混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：s1、制泡：将3kg松香树脂、1kg碳酸氢钠和4kg烷基苯磺酸钠加入到135kg水中稀释成发泡液，通过空气压缩发泡机进行发泡，得到均质、稳定、细腻的泡沫，泡沫密度为50kg/m3；s2、制浆：将390kg水泥、780kg砂子、1170kg石子、65kg钢渣、45kg粉煤灰、95kg矿渣、135kg水、28kg重钙、36kg秸秆纤维、27kg高岭土、3kg膨润土、6kg聚丙烯酰胺、4kg纤维素醚、7kg膨胀珍珠岩以及5kg减水剂加入到搅拌罐中，搅拌均匀，得到浆液；s3、混合：将步骤s1制备的泡沫加入到步骤s2制备的浆液中，搅拌20min，即得高强轻质多孔混凝土。
[0035]
实施例6表6为实施例6一种高强轻质多孔混凝土的原料及质量原料质量(kg)原料质量(kg)水泥380高岭土23砂子750松香树脂2石子1150碳酸氢钠1.5钢渣60烷基苯磺酸钠4粉煤灰40膨润土5矿渣100聚丙烯酰胺5水250纤维素醚5
重钙25膨胀珍珠岩6秸秆纤维33减水剂4其中，砂子的细度模数为3.0，石子的粒径为15-25mm，钢渣的粒径为15-20um；一种高强轻质多孔混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：s1、制泡：将3kg松香树脂、1.5kg碳酸氢钠和5kg烷基苯磺酸钠加入到125kg水中稀释成发泡液，通过空气压缩发泡机进行发泡，得到均质、稳定、细腻的泡沫，泡沫密度为50kg/m3；s2、制浆：将380kg水泥、750kg砂子、1150kg石子、60kg钢渣、40kg粉煤灰、100kg矿渣、125kg水、30kg重钙、33kg秸秆纤维、23kg高岭土、5kg膨润土、5kg聚丙烯酰胺、5kg纤维素醚、6kg膨胀珍珠岩以及4kg减水剂加入到搅拌罐中，搅拌均匀，得到浆液；s3、混合：将步骤s1制备的泡沫加入到步骤s2制备的浆液中，搅拌20min，即得高强轻质多孔混凝土。
[0036]
实施例7，与实施例6的区别之处在于，秸秆纤维的质量为25kg，其它同实施例6。
[0037]
实施例8，与实施例6的区别之处在于，秸秆纤维的质量为40kg，其它同实施例6。
[0038]
实施例9，与实施例6的区别之处在于，钢渣为50kg，其它同实施例6。
[0039]
实施例10，与实施例6的区别之处在于，钢渣为70kg，其它同实施例6。
[0040]
实施例11，与实施例6的区别之处在于，粉煤灰为30kg，其它同实施例6。
[0041]
实施例12，与实施例6的区别之处在于，粉煤灰为50kg，其它同实施例6。
[0042]
实施例13，与实施例6的区别之处在于，矿渣为90kg，其它同实施例6。
[0043]
实施例14，与实施例6的区别之处在于，矿渣为110kg，其它同实施例6。对比例
[0044]
对比例1一种高强轻质多孔混凝土，与实施例6的区别之处在于，混凝土原料中不包括秸秆纤维，其它同实施例6。
[0045]
对比例2一种高强轻质多孔混凝土，与实施例6的区别之处在于，矿物掺合料中不包括钢渣，其它同实施例6。
[0046]
对比例3一种高强轻质多孔混凝土，与实施例6的区别之处在于，矿物掺合料中不包括粉煤灰，其它同实施例6。
[0047]
对比例4一种高强轻质多孔混凝土，与实施例6的区别之处在于，矿物掺合料中不包括矿渣，其它同实施例6。性能检测试验力学性能测试：参照gb/t50081-2012《普通混凝土力学性能试验方法标准》制备混凝土试件并进行坍落度、抗压强度、抗折强度的测试，混凝土试件尺寸为100mm
×
100mm
×
100mm；表7力学性能测试结果
[0048]
结合实施例1-实施例6并结合表7可以看出，实施例6制备的混凝土，力学性能更好。
[0049]
结合实施例6-实施例8和对比例1并结合表7可以看出，混凝土中加入秸秆纤维，能够显著提高混凝土的力学性能，说明秸秆纤维有效的限制了水泥凝固产生的裂缝，秸秆纤维相互缠绕形成众多乱向分布的纤维骨架支撑体系，从而提高混凝土的力学强度。随着秸秆纤维的增加，混凝土力学性能先提升，然后再下降，秸秆纤维加入过多，会影响秸秆纤维在混凝土体系中的分散性，从而导致混凝土力学性能出现下降的情况。
[0050]
结合实施例6，实施例9-10和对比例2并结合表7可以看出，混凝土中加入钢渣，能够提高混凝土的力学性能，钢渣一方面可以成为水泥水化所需的晶核，加速水泥水化，另一方面的作用是填充孔壁材料中的微小孔隙，提高孔壁材料的致密程度，使混凝土强度提高。随着钢渣的增加，可以更大程度的细化和吸收氢氧化钙晶体，钢渣继续增多时，钢渣在混凝土中不能均匀分散，且钢渣粒径小，比表面积大，回会消耗大量的水，导致混凝土和易性下降，从而导致混凝土力学强度降低。
[0051]
结合实施例6，实施例11-12和对比例3并结合表7可以看出，混凝土中加入粉煤灰，能够提高混凝土的力学性能。
[0052]
结合实施例6，实施例13-14和对比例4并结合表7可以看出，混凝土中加入矿渣，能够提高混凝土的力学性能，且钢渣、粉煤灰以及矿渣三者之间的复配作用，对于提高混凝土的力学性能更优异。
[0053]
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。